网络世界漫步——绪论之网络分层模型(2)

前言

上一节讲到数据交换的问题,这一讲我们讲述计算机网络的性能和计算机网络的体系结构。

计算机网络的性能

网络的性能指标很多,我这里只说延迟和时延。这两个词其实说的是一个内容,都是指“迟到”。那么,究竟是什么“东西”迟到了呢?
上一节我们说过,现在在网络占用采用的大多都是分组交换技术,因为这种技术有很多其他交换技术没有的特性,其中最为突出的就是速度快(至于为啥快,我会水一篇文章告诉大家)。
分组交换技术依赖于路由器和交换机,路由器和交换机根据数据包的内容将不同的分组路由到不同的节点。但是这里面有个问题,路由器和分组交换机都要通过路由算法才能够找到分组要被路由的地址,这就牵扯到计算的问题。
与此同时,为了能够快速的计算(其他原因不深究),需要提前将数据包缓存到路由器中。这就引出了一个新的问题——路由器的缓存容量是有限的。路由器只有在处理完当前的数据包之后,才会处理下一个数据包(“排队”现象),所以,当路由器中的缓存队列满了之后,如果没有腾出空间,那么新来的数据包就没有办法进入路由器的缓存,这就造成了丢包和时延

四种时延

  • 节点处理延时
    这就是我说的路由器“计算”数据包应发节点的时间。

  • 排队延时
    等待输出链路可用,这个取决于路由器的拥塞状态。

  • 传输延时
    取决于分组长度和链路带宽。

  • 传播延时
    取决于物理链路长度,信号传播速度。是数据从一个节点到另一个节点的时间。

【注】传输延时和传播延时是不同的。传输延时主要针对于数据包来说,路由器处理数据包实际上还是一个个比特进行处理的,一个数据包有若干个比特,传输延时就是这若干个比特通过路由器所用的时间;而传播延时是指这个数据包在两个路由器之间(两个节点之间)的延时。

计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构无外乎有两种,一种是五层协议栈,另外一种是七层ISO OSI参考模型。《计算机网络 自顶向下》就是按照第一种五层协议栈编排的,这五层分别是应用层、运输层、网络层、链路层、物理层(自顶向下)。至于七层的模型,大家感兴趣的就自己看看,我就不在这里误导你了。
对于如何分层,这里面涉及到到的东西就不是我能够解释了得了——利益、市场、成本各种因素,相当复杂。我们暂时还是关注技术上的内容。

  • 应用层
    应用层是网络应用程序以及他们的应用层协议存留的地方。就比如我们网络编程中常用的Socket协议,这就是网络层的。其他的,像著名的HTTP协议,这个自然不用说,参考我之前写的《HTTP自述》,还有SMTP(邮件协议)、FTP(文件传输协议)、DNS(网络域名解析服务)。应用层的内容就能够知道,这层应该是分布在端系统上,也就是PC、手机之类的东西上。注意,此层的信息分组被称为报文,这一点很重要,后面会大量提到。

  • 运输层
    运输层的作用是在应用程序之间传输应用层报文。运输层两个重要的协议:TCP和UDP。TCP向他的应用程序提供了面向连接的服务,包括了应用层报文向目的地的确保传递和流量控制。也将长报文划分为短报文,并提供拥塞控制机制。UDP向它的应用程序提供无连接服务。这个内容大家先了解一下就好,下一章会详细介绍的。对了,此层的信息分组称为报文段

  • 网络层
    网络层负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另外一台主机上,这货就是一个运输工。最著名的协议就是IP协议,我想就不用我多说了吧。

  • 链路层
    链路层的作用是将数据报从一个节点移动到链路中的另外一个结点。
    在每个结点,网络层将数据报下传给链路层,链路层沿着路径将数据报传递给下一个结点,在下个结点,链路层将数据报上传给网络层。应用:以太网、WIFI、电缆接入网。链路层分组称为帧。

  • 物理层
    将帧中的一个一个比特从一个结点移动到下一个结点。

【注意】上面说的各种信息分组,不论是报文、报文段还是数据报、帧,最重要的组成部分只有首部字段和有效载荷字段。

结语

以上就是绪论部分的全部内容,后续我们将按照这个脉络展开讲述。
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【参考】《计算机网络 自顶向下》

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